顶级期刊中的“水凝胶微球”：2025年度趋势与方向判断

在水凝胶研究从“连续体材料”逐步迈向“离散单元构筑体系”的过程中，水凝胶微球（hydrogel microspheres / microgels）正在成为连接材料设计、生物功能调控与体内应用的重要中尺度平台。相较于传统块体或薄膜水凝胶，微球体系在孔结构可控性、界面功能化、群体组装行为、体内递送与空间操控等方面展现出独特优势，使其在外泌体分离、细胞力学测量、肠道递送、组织界面再生、免疫调控和微环境工程中迅速扩展应用边界。

基于过去一年发表在 Nature Nanotechnology、Nature Protocols、Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials等高水平期刊的代表性研究，本期主题系统盘点了水凝胶微球领域正在形成的关键发展趋势：研究重心正由“结构–孔道–界面”层面的材料工程，逐步迈向“功能负载–空间响应–生物交互”的系统级集成。这些工作不仅凸显了微球尺度下材料性能与生物功能的协同放大效应，也为医工交叉研究提供了新的设计范式与问题切入点。

1. 介孔-大孔水凝胶颗粒用于细胞外囊泡分离（EVs），产量达升级别

英文标题： Meso–macroporous hydrogel for direct litre-scale isolation of extracellular vesicles

期刊名称： Nature Nanotechnology

影响因子： 34.9

发表时间： 2025年9月24日

内容简述：研究人员采用聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）作为基材，通过冷冻光交联的方法制备了具有约400nm孔径的介孔-大孔水凝胶颗粒。这种水凝胶颗粒具有良好的孔隙结构，能够允许EVs等纳米颗粒的渗透，同时通过表面电荷选择性捕获EVs。该方法具有高度可重复性，允许定制EV富集，在水凝胶内长期储存，在产量和纯度方面优于超速离心等传统方法。

参考资料： 

https://doi.org/10.1038/s41565-025-02011-1

2. 使用可调谐水凝胶微粒测量细胞力

英文标题： Using tunable hydrogel microparticles to measure cellular forces

期刊名称： Nature Protocols

影响因子：16.0

发表时间： 2025年12月4日

内容简述：描述了一种利用可变形且可调谐的水凝胶微粒量化细胞力的方法。通过膜乳化法批量合成特定类型的丙烯酰胺基可调谐水凝胶微粒 —— 可变形聚丙烯酰胺-丙烯酸共聚物微粒（DAAM-微粒），并通过一锅法功能化流程将生物活性分子与荧光标记物共轭结合。随后将细胞与功能化 DAAM-微粒共同孵育，并通过共聚焦显微镜成像。借助定制的图像分析策略，可以以超分辨精度（<50 纳米）量化微粒的局部形变。通过弹性理论计算可推导法向力和剪切力，从而揭示细胞力的方向和空间分布。

参考资料： 

https://doi.org/10.1038/s41596-025-01281-2

3. 原位肠道菌群编辑：通过兼容口服噬菌体水凝胶微球增强细菌性结肠炎治疗效果

英文标题： In situ gut microbiota editing: enhancing therapeutic efficacy for bacterial colitis by compatible oral hydrogel microspheres with phages

期刊名称： Nature Communications

影响因子： 15.7

发表时间： 2025年11月6日

内容简述：该研究开发了双响应水凝胶微球(HMs)，通过电流体喷射增强口服噬菌体递送。这些微球由海藻酸钠、透明质酸和乙基纤维素组成，封装噬菌体(HMs-Phages)，用于靶向肠道菌群编辑治疗细菌性结肠炎。微球保护噬菌体免受胃酸恶劣环境影响，在肠道内响应释放，确保稳定和靶向递送。体外和体内研究表明，HMs-Phages显著减少肠道STm负荷，减轻炎症，改善治疗小鼠的生理状况。

参考资料： 

https://www.nature.com/articles/s41467-025-65498-1

4. 含生物活性离子的Janus水凝胶微机器人用于腱骨界面再生

英文标题： Janus hydrogel microrobots with bioactive ions for the regeneration of tendon-bone interface

期刊名称： Nature Communications

影响因子： 15.7

发表时间： 2025年3月4日

内容简述：该研究开发了磁性Janus水凝胶微机器人，使用无油气体剪切微流控平台制造。这些微机器人在一个隔室负载Mg3(PO4)2和Fe3O4纳米颗粒，在另一个隔室负载ZnO纳米颗粒，创建Mg2+/Zn2+梯度。微机器人可通过外部磁场精确操控以与TBI方向对齐，确保骨侧(Mg2+丰富)面向骨缺损，腱侧(Zn2+丰富)面向腱损伤。体外研究证实Mg2+负载半球促进骨髓间充质干细胞的增殖、迁移和成骨分化，而Zn2+负载半球促进腱细胞的增殖、迁移和腱生成相关功能。体内大鼠RCT模型显示TBI愈合显著改善。

参考资料： 

https://www.nature.com/articles/s41467-025-57499-x

5. 流体微凝胶组件增强生物制剂口服递送缓解小鼠和犬类模型结肠炎症

英文标题： Fluidic microgel assemblies with enhanced oral delivery of biologics alleviate colonic inflammation in murine and canine models

期刊名称： Science Advances

影响因子：12.5

发表时间： 2025年12月10日

内容简述：该研究报道了一种通过在微凝胶表面引入氢键来制备流体微凝胶组件(FMGAs)的简单方法。这些含水量77%的FMGAs具有流动性但不与水混溶。口服给药后，这些FMGAs在肠道表面形成大面积物理粘附涂层，将肠道滞留时间延长至至少48小时。组件内的微凝胶间空间可有效容纳治疗性生物制剂（如外泌体和TNFα抗体），保护它们免受恶劣肠道微环境影响，并能够有效递送到肠道病变部位，恢复肠道屏障功能和微生物群多样性。

参考资料： 

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv6994

6. 仿生皱褶益生元微球增强肠道滞留用于高磷血症和血管钙化治疗

英文标题： Biomimetic wrinkled prebiotic microspheres with enhanced intestinal retention for hyperphosphatemia and vascular calcification

期刊名称： Science Advances

影响因子： 12.5

发表时间： 2025年1月17日

内容简述：该研究受肠道微结构启发，开发了具有增强肠道滞留和吸收能力的仿生皱褶益生元微球，用于减少慢性肾病(CKD)模型大鼠的高磷血症和血管钙化。所得CSM@5微球在体外表现出良好的磷酸盐结合能力，在体内可有效降低血清磷浓度。通过增加肠道中有益细菌和减少有害细菌，这些益生元微球可调节肠道微生物群，从而显著改善血管钙化。

参考资料： 

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads5286

7. 细胞负载颗粒复合材料中的程序化形状转换

英文标题： Programmed shape transformations in cell-laden granular composites

期刊名称： Science Advances

影响因子： 12.5

发表时间： 2025年1月17日

内容简述：该研究使用间充质基质细胞球状体和具有不同水解稳定性的水凝胶微粒(微凝胶)的组合来制造可编程和动态的颗粒复合材料，这些复合材料可随时间控制压实和组织形成。不同稳定性的混合微凝胶群体为进一步改变压实提供了手段，压实水平指导组织中ECM沉积的均匀性和水平。最后，具有不同压实的空间图案化颗粒复合材料能够实现形状转换（即弯曲/曲率），这些转换在培养中是稳定的，并且可以通过有限元模型预测。

参考资料： 

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq5011

8. 通过力电水凝胶微球实现精确细胞类型电刺激治疗软骨修复

英文标题： Precise Cell Type Electrical Stimulation Therapy Via Force-electric Hydrogel Microspheres for Cartilage Healing

期刊名称： Advanced Materials

影响因子： 26.8

发表时间： 2025年12月10日

内容简述：该研究将钛酸钡(BaTiO3)压电纳米颗粒与微流控HAMA水凝胶微球集成，在无线超声调制下实现持续稳定的电信号输出，在微米尺度精确调控细胞命运。通过掺入特异性招募目标细胞群体的肽，这种新型压电水凝胶微球系统有效解决了传统电刺激治疗的异质性问题。

9. 自组装杂化水凝胶微球构建骨髓模拟微环境以促进骨再生

英文标题： Self-assembled hybrid hydrogel microspheres create a bone marrow-mimicking niche for bone regeneration

期刊名称： Bioactive Materials

影响因子： 20.3

发表时间： 2025年8月17日

内容简述：开发了自组装的混合微球，以复制其功能并通过组织工程方法应对这些挑战。这种模拟 BM 的生态位通过快速降解的甲基丙烯酰明胶（GelMA）微球富集了 BMSCs，这些微球加载了外源性 BMSCs，并与干细胞归巢肽（SKP）偶联以招募内源性 BMSCs。SKP 进一步增强了 BMSCs 的干性，从而促进血管生成并解决炎症。

参考资料： 

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2025.08.003

10. 微流控技术构建 “特洛伊木马“水凝胶微球

英文标题： Trojan horse-inspired spatiotemporal strategy augments cartilage regeneration by enhancing mitochondrial energy production

期刊名称： The Innovation

影响因子： 25.7

发表时间： 2025年4月21日

内容简述：开发了一种受“特洛伊木马”启发的智能药物递送系统。该体系通过微流控技术构建了载药水凝胶微球，能像“特洛伊木马”一样分三步精准地将褐藻多糖硫酸酯递送至软骨病灶内部，并通过激活SIRT3显著增强软骨细胞的线粒体能量代谢，最终有效延缓了骨关节炎的进展并促进了软骨再生。

参考资料： 

https://doi.org/10.1016/j.xinn.2025.100913

结语

综合顶级期刊的代表性研究成果可见，水凝胶微球正逐步摆脱传统“载体材料”的定位，向可编程、可组装、可精准操控的功能化单元演进。当前该领域的研究重心已显著突破单一材料性能的优化，转而聚焦于尺度效应解析、空间结构调控、时序化释放机制及与生物系统的深度耦合作用。

这一转变引发更深层次的思考：当水凝胶微球不再是被动承载的“物质载体”，而是发展为具备结构记忆、群体协同行为与功能分工特性的材料基元时，它们是否正在构建一种全新的“材料—生物系统接口语言”？

展望未来，围绕水凝胶微球的群体组装规律解析、体内动态命运精准调控、跨尺度功能集成技术，以及其与微流控技术、磁/声/电场协同操控体系的融合应用，或将成为该领域最具创新潜力的突破方向。

期望本次研究趋势汇总，能为你在课题设计、技术路线遴选及跨学科合作对接中提供有价值的参考。若你希望进一步聚焦某一细分方向，如肠道靶向递送系统、组织修复界面调控、微球群体力学特性或生物微环境工程应用等，也欢迎随时留言交流，EFL将持续开展深入的趋势拆解与问题图谱梳理工作。

来源：EngineeringForLife

声明：仅代表作者个人观点，用于研究用途，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！

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